脫硫的設計主要包括煙風系統、石灰石漿液系統、石膏漿液系統、廢水處理系統、工藝水系統、吸收塔系統等。為提高脫硫的安全可靠性, 建議這些系統設計時可從如下考慮:

1 煙風系統

(1) 保證各段煙氣流速及其變化的均勻性, 鋼煙道設計流速約小于15 m/s, 要有足夠的厚度和強度(特別是對要進行防腐處理的煙道) , 并盡可能減少降溫, 以免酸性冷凝水腐蝕原煙氣煙道。輸送凈煙氣的FRP 煙道設計流速一般不大于18 m/s, 速度太快容易沖刷煙道內壁的糊接口部位和導流板等, 速度過低容易在煙道內沉積煙塵和石膏。

(2) 阻力分配盡量均勻, 盡量減少紊流。在有彎頭的地方盡量增設導流板, 如增壓風機出口90°彎頭、FRP 煙道90°彎頭和三通部分, 以降低煙氣的紊流, 除合理分配煙氣阻力外, 還能減少沖刷和沉積,減少增壓風機或其他設備、FRP 煙道的振動。

(3) 有防止煙氣異常的措施。在煙氣溫度偏高、除塵器異常造成FGD 吸收塔入口煙塵濃度超過允許極限的情況( 如煙塵濃度超過180 mg/m3, 最高可到250 mg/m3) 下, 采取諸如增設事故冷卻水的措施,可提高系統的安全性。

華能北京熱電廠在設計時, 考慮當原煙氣溫度超過140 ℃、凈煙氣溫度大于60 ℃或3 臺漿液循環泵全跳時( 根據不同的鍋爐燃煤情況, 各電廠可能有所不同) , 必須進行噴水減溫( 包括啟動除霧器上層沖洗水門) , 減溫的幅度根據吸收塔的耐溫情況有所不同, 但減溫水的噴嘴一定要選擇高等級合金材料。

(4) FRP 煙道必須設置足夠大的疏水管道。為防止煙氣遇冷凝結, 在FGD 前后設置有疏水系統, 但FGD 前的降溫冷凝幅度很小, 煙氣溫度仍然高于100 ℃, 幾乎沒有凝結水, 也可以不設疏水。煙氣溫度約為50 ℃的凈煙氣, 出口膨脹節、FRP 煙道底部低點必須設置滿足異常情況( 如除霧器效果變差、沉積、堵塞造成凈煙氣帶冷凝水和石膏等雜質、檢修沖洗時) 的冷凝水排放管道。

疏水管道設計時, 不能只滿足除霧器在正常工況下(如出口液滴含量小于75 mg/m3 或100 mg/m3)的要求, 實際在多數情況下, 平板式除霧器在FGD90%以上的大負荷情況下可能遠遠大于上述要求, 此時疏水量可能大大增加。如果疏水管道直徑偏小, 容易造成石膏漿液存積的部位后移至FRP 煙道甚至到煙塔內, 從而更多的回滴到中央豎井平臺或煙塔收水器/步道上。

(5) 煙氣系統的煙氣冷卻裝置, 要強化防腐設計。考慮到脫硫- 煙塔合一的經濟性, 這種方式一般設有煙氣冷卻裝置, 用以回收進入吸收塔前的煙氣熱量, 提高全廠的熱效率。

為提高煙氣余熱回收裝置的可靠性, 余熱回收裝置一般采用耐酸鋼(ND 鋼) 、PTFE 包覆碳鋼, 還可選用高等級合金鋼。對采用ND 鋼的煙氣冷卻器,特別要對換熱管的聯箱進行防腐設計, 必要時還要對耐酸鋼支撐梁進行防腐。對煙氣冷卻器的煙道內壁, 采用高等級合金( 如1.452 9 合金) 材料進行貼壁紙式的防腐, 可大大提高煙道的抗腐蝕能力。

(6) 吸收塔入口煙道, 采用合金材料。吸收塔入口煙道及支撐, 由于溫度高低、干濕交錯, 加上煙塵、石膏沉積明顯, 建議采用更高等級的合金材料( 如C276) , 以延長吸收塔入口煙道的壽命。

2 石灰石漿液系統

(1) 嚴格石灰石品質, 增加粒度分布范圍。無破碎系統的FGD 石灰石濕式球磨機系統, 要求石灰石的粒徑上限一般小于20 mm, 但無下限。但從實際運行情況看, 由于直徑小于20 mm 的石灰石是由大塊石灰石篩選后過篩留下的, 因此其中含有很多雜物,這些雜物有的呈細粉狀, 并含有大量的石英砂, 很容易造成系統磨損, 同時可使石灰石倉底蓬料, 嚴重時使球磨機入口成糊狀, 堵塞球磨機入口。因此在選擇石灰石時, 不應只局限于純度、粒度, 還要有粒度分布范圍, 以提高石灰石卸料系統的可靠性。

(2) 增設去除雜物裝置。石灰石卸料系統不一定要設除塵設備, 或電磁除鐵器, 但一定要有清除過多雜物的措施, 包括在振動給料系統處設木塊去除系統( 如果可能的話) , 在球磨機出口設置雜物清除、沖洗裝置(措施) 。在石灰石旋流器、石膏旋流器、地溝等處設置濾網。因為這些雜物堵塞可能造成FGD 整個系統癱瘓, 嚴重危脅FGD 的安全運行。

(3) 設計要方便檢修和清理作業。石灰石漿液再循環箱和漿液箱應設置方便清理的人孔和通道( 包括照明) , 因為再循環箱很容易沉積堵塞, 而且堵塞后容易冒漿。石灰石漿液制備系統的地面應考慮防腐, 箱體、設備周圍最好有地溝, 地溝應設輕便、活動的蓋板, 且有方便清理的通道, 因為地溝的清理非常頻繁。石灰石漿液管道、球磨機入口管道等應設有方便拆卸、檢修的平臺。漿液輸送管道設置再循環管道時, 應每隔一定距離設置沖洗水和檢修清理平臺、爬梯。石灰石漿液管線過長時, 整個漿液輸送管道可以嘗試不設保溫, 改為室內棧橋的形式, 因為拆卸很頻繁, 同時須設伴熱管道。

(4) 設計選擇合適的材料。石灰石漿液管道可選擇襯膠(主要是丁基橡膠) 管道, 但漿液泵出口的大小頭、接通各種表計(如密度計) 的支管最好采用耐磨合金鋼, 因為采用FRP 管道可能會在3 個月內磨穿漏漿, 即使采用丁基橡膠, 可能使用時間也不長。測量表計的套筒應采用合金制作, 如采用PVC 等塑料類制品, 易被沖洗水頂開泄漏, 造成測量不準。

(5) 設計考慮合理的流量和坡度。石灰石漿液輸送泵及管道的流量選擇, 應考慮測量用漿液回流造成的流量降低。回流管線的坡度最好是順流, 無上坡。

(6) 設計考慮合理的保溫伴熱措施。測量結果表明, 未加伴熱的管線, 在室外溫度約為10 ℃, 且基本無風情況下, 與之類似的管線, 如流量為3~4 t/h 的廢水輸送管線( 管徑為DN50) , 大約每50 m 就會降低1 ℃。因此合理的保溫伴熱設計也是提高FGD 系統可靠性和安全性的重要方面。對石灰石漿液管線或其他漿液管線( 包括廢水處理系統的管線) , 不建議纏用電伴熱帶, 如有必要, 可用暖氣伴熱, 或者直接放在以室內布置方式的棧橋內。

3 石膏漿液系統

(1) 合理的材質選擇。與泵接出的石膏排漿管道大小頭最好不要采用鋼襯膠, 因其可能會在很短的時間( 連續運行時間小于3 個月) 內被沖刷、腐蝕、穿孔, 可采用耐磨合金材料。石膏旋流器底流分配槽( 包括旋流器支撐) 要設計耐磨防腐層或采用防腐合金材料, 并要方便清理, 同時設計壓縮空氣攪拌系統。真空皮帶脫水系統的沖洗槽( 包括皮帶脫水機支撐) 要設計耐磨防腐層或采用防腐合金材料, 并要方便清理。

(2) 設計合理的沖洗水。每隔一定距離, 石膏排漿管線要設置沖洗水系統, 不能只在泵進出口沖洗。由于石膏容易沉積, 在吸收塔內漿液濃度較小時, 石膏漿液必須循環, 此時可能要啟動分段沖洗水, 沖洗石膏輸送管道。

(3) 設計必要的濾網。石膏旋流器頂流要設計濾網, 以免過大、過多的雜質進入廢水旋流器給料箱,加速給料箱沉積, 造成攪拌器與電機聯軸器斷裂。

(4) 設計要方便檢修。石膏系統的底流和頂流管線, 以及管線上的閥門一定要方便拆卸檢修。在檢修場地要有方便清潔/沖洗的手段。

(5) 設計足夠的通風。石膏漿液系統的房間一定要設計足夠的通風散熱, 以便排除濕氣, 減少濕氣對電氣、熱控元件的腐蝕, 以及對土建結構的侵蝕。

4 吸收塔系統

4.1 吸收塔本體的設計

吸收塔要有足夠的強度, 以防止振動。吸收塔要設計足夠的檢修人孔, 以便出現故障時減少搭設腳手架的時間, 縮短檢修工期。

4.2 吸收塔附屬設備的設計

(1) 吸收塔攪拌器要在1 臺或2 臺攪拌器出現故障時不導致停運FGD。吸收塔漿液泵濾網最好設計成耐沖刷的合金材質。吸收塔噴淋層設計時, 最好在漿液循環管道與FRP 噴淋層母管接口處設計擋流板, 防止石膏漿液淤積在吸收塔壁漿液循環管道的開孔凹臺處。

(2) 吸收塔兩級除霧器除在上一級底部、下一級頂部和底部設置沖洗水外, 在除霧器上一級頂部至少應設人工快速沖洗的沖洗水接口, 對無煙氣旁路系統的FGD, 如有必要, 還可設計在線連續沖洗裝置甚至3 層除霧器。因為除霧器頂層很可能在運行較短的時間內, 會有局部石膏沉積堵塞, 嚴重時可導致煙氣拱開少數除霧器, 此時凈煙氣石膏等漿液液滴含量增大若干倍, 甚至引起FRP 煙道沉積的石膏等酸性物質重量增加。

除霧器的設計是保證FGD 系統可靠性的關鍵之一。設計良好的除霧器可保證后續FRP 煙道沉積物量很小, 系統阻力也不大。如果設計不良, 可能造成除霧器阻力增加很快, 凈煙氣沉積物非常多( 如在FRP 煙道內, FGD 每運行100 h, 沉積物量就可增加1 mm) , 嚴重時可導致FRP 煙道的沉積物量超出設計2~3 倍, 甚至引起FRP 煙道振動加劇和撓度增加, 威脅系統的安全可靠運行。

(3) 吸收塔的氧化空氣系統, 每臺吸收塔的氧化風機至少應設計互為備用的2 臺, 氧化空氣的減溫水系統應設計伴熱管道。

(4) 吸收塔的漿液循環系統, 建議設計成至少在2/3 的漿液循環泵投入運行后, 即可完全滿足設計的FGD 出口SO2 排放濃度, 而排放濃度的確定, 對處于經濟發達地區或城市周邊的電廠, 設計時最好考慮比現有排放濃度嚴格1 倍以上。在全部漿液循環泵投入運行后, 可完全滿足鍋爐在燃燒所適應的任何煤種時排放的SO2。

(5) 吸收塔頂部的放散閥門, 應設計采用耐溫耐腐蝕的材質, 而且最初投運時, 一般會泄漏, 另外在閥門上設計有防雨蓬, 但熱的FGD 濕煙氣容易在防雨蓬上凝結, 回流到放散閥的電動執行機構上,因此要考慮防雨蓬的冷凝液回流腐蝕執行結構的
問題。

5 工藝水系統

工藝水的水源一定要穩定, 最好設計2 路水源,互為備用或同時使用, 以保證系統的安全可靠。工藝水系統最好設計成雙母管制, 以便可互相切換檢修。如有必要, 可以將除霧器沖洗水和其他工藝水系統合并, 由于用水量的波動, 可以考慮部分工藝水泵改為變頻泵進行穩壓。

球磨機系統的工藝水, 特別是磨機的冷卻水, 要有防止各種漿液沖洗水返流回工藝水系統的可能,同時設置觀察窗, 如果工藝水的硬度比較高, 應注意冷卻水系統的結垢問題。

對不同用處的工藝水, 最好設置隔離閥門, 以便各系統在檢修時不相互影響。

對真空皮帶機系統的工藝水系統, 可考慮將濾布沖洗水和濾餅沖洗水系統合并成雙母管系統, 并要考慮在與皮帶機本機沖洗水接口的軟管連接處,加裝穩固的管卡, 且要考慮在萬一接口軟管斷開時,工藝水不會噴射到皮帶機的控制柜上。

對吸收塔攪拌器和漿液循環泵減速機、球磨機冷卻水、真空泵密封水等, 其水壓要求不一致, 應設計各自的減壓措施。

廢水處理系統的工藝水, 要考慮其水質對化學藥品( 如聚丙烯酰胺) 的影響。

如果工藝水的硬度、堿度太大或其他水質不好,可能造成吸收塔內漿液出現高達1 m 左右的泡沫,出現虛假液位, 此時要考慮采取解決水質不好或加入消泡劑的措施。

送到事故冷卻水系統的工藝水要求穩定、可靠,一般可選擇低壓消防水系統, 當遇到低壓消防水系統檢修時, 還可設計與工藝水補充水系統相連接。工藝水系統一定要設計經濟合理安全的伴熱系統, 特別是對事故冷卻系統的伴熱, 不推薦采用電伴熱帶, 因為電伴熱帶若出現故障, 不容易發現。對這部分管道和閥門, 盡可能采取可靠的伴熱保溫措施。

6 廢水處理系統

廢水輸送管線要有足夠的沖洗水和排空系統。廢水加藥系統要有防人身傷害措施。氧化箱、中和箱等箱罐一定要設計方便的排泥系統。澄清濃縮器要設計事故排空系統。脫水設備及出泥要采取防雨水澆灌、防橫流的措施。

7 壓縮空氣系統

最好設計成獨立的壓縮空氣系統, 特別是儀用壓縮空氣, 因為如與其他壓縮空氣系統相連通( 如鍋爐輸灰系統) , 可能出現飛灰返流回壓縮空氣系統,造成儀用壓縮空氣帶入大量飛灰, 這些飛灰可能帶到諸如真空皮帶脫水機系統、燃氣吹灰系統, 影響系統的安全運行。壓縮空氣管道要設計疏水排放系統,即使使用電廠的壓縮空氣, 也要有疏水管道, 以便在一旦壓縮空氣管道由于返回水源導致受凍堵塞時可通過烘烤排空。壓縮空氣系統有必要設計保溫, 特別是對北方電廠( 與電廠壓縮空氣系統相連接) , 因為一旦電廠壓縮空氣總系統的電加熱器出現故障而無法加熱時, 壓縮空氣管道可受凍被堵, 危及壓縮空氣用戶- 真空脫水機的安全, 進而影響全廠FGD 的安全運行。壓縮空氣管道最好選用不銹鋼管道, 以減少鐵銹進入壓縮空氣的另一重要用戶——煙氣在線監測儀的反吹系統。

8 電控系統

FGD- 煙塔系統的供電系統一定要穩定、可靠, 6kV 設備的電源來自不同的6 kV 系統。如增壓風機來自各相應機組的6 kV 系統, 公用系統的6 kV 設備( 如球磨機) 應接自互為備用的脫硫6 kV 段, 各吸收塔的6 kV 漿液循環泵來自不同的6 kV 系統, 這樣可保證接自6 kV 系統的設備不會因某一上級電源跳閘而全部事故停運。但為了保證增壓風機和漿液循環泵能同時停運, 在設計時除控制系統做到全部跳漿液循環泵時必須跳增壓風機外, 在電源接線時, 也可考慮增壓風機的電源與漿液循環泵的電源來自同一6 kV 系統。同時, 重要轉動機械及設備設置保安電源, 這樣可大大提高系統的安全可靠性。

9 其他

為了盡量減少FGD 系統的缺陷, 特別是I 類缺陷, 應設計一定的設備/備品備件余量, 這些余量可以是庫房備用, 也可是在線備用, 根據實際情況確定備用類型。

對吸收塔區域/石膏區域的地坑, 為了減少互相影響( 特別是調試初期) , 建議每臺吸收塔/石膏脫水/石灰石制備區域分別設置地坑和攪拌器、集水坑泵和管道。

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